可见光通信mac协议探究

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1、可见光通信MAC协议探究　　【摘要】可见光通信作为一种新兴的无线通信技术，具有极大的发展前景。介绍了IEEE802.15.7标准（草案），该标准对MAC协议进行了详细的定义。标准中提出的MAC协议的功能有很多，可以从信道接入、GTS分配、信道分配、合作通信等方面对MAC协议进行优化，通过对这些优化技术的研究讨论，进一步改善可见光通信的性能。【关键词】可见光通信MAC协议CAMA/CAGTS中图分类号：TN929.1文献标识码：A文章编号：1006-1010（2014）-03-0076-061引言可见光通信是一种短距离的无线通信系统，

2、是在白光LED（Light-EmittingDiode）技术上发展起来的新兴的无线光通信技术。白光LED具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保等优点，特别是其响应灵敏度非常高，因此可以用来进行超高速数据通信。在可见光通信系统中，可见光既是传输介质又可用于照明。这是因为白光LED的亮度很高，且调制速率非常高，人的眼睛完全感觉不到光的闪烁。此外，可见光通信还有如下优点：对人体无害，安全度高，数据传输速率高，频段免费，与射频系统尤其是飞机设备或医疗机械之间不会产生干扰。因而VLC（VisibleLight12Communication，

3、可见光通信）技术具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研究。但是可见光通信也存在缺点：可见光信号不能穿越障碍物，在可见光网络中的载波侦听没有射频网络一样的鲁棒性。2011年提出的IEEE802.15.7[1]是针对利用可见光进行短距离无线通信的一个标准。该标准中对MAC协议的功能进行了详细的定义，如信道接入、个人局域网的建立和维持、同步、传输接收确认、GTS（GuaranteedTimeSlot，保障时隙）的分配和管理、快速链接恢复、多信道资源管理、颜色功能和标准化等。本文做如下安排：第一部分介绍一种多参数的随机接入机制；第二部

4、分介绍两种不同的GTS分配方法；第三部分介绍两种基于优先级的信道分配方法；第四部分介绍合作通信；最后进行总结。2随机接入机制IEEE802.15.7标准中的个人局域网支持三种拓扑结构：点对点拓扑结构、星型拓扑结构和广播型拓扑结构。该标准中MAC协议有以下两个信道接入机制：基于竞争的和无竞争的。基于竞争的访问允许设备利用随机接入退避算法在CAP（Contention-AccessPeriod，竞争周期）时访问信道，无竞争访问完全通过协调器在CFP（Contention-FreePeriod，无竞争周期）时对GTS的利用。12在IEEE

5、802.15.7中时隙的CSMA/CA（Carrier-SenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，带碰撞避免的载波侦听多路访问机制）中，MAC子层首先初始化了两个变量：NB（NumberofBackoffs，退避次数）和BE（Back-offExponent，退避指数）。当介质忙碌的时候，算法会尝试退避。BE与一个设备试图访问信道前必须等待的退避期间的个数有关。BE的初始值定义为macMinBE。基于BE的值，该算法能够定位设备的下一个退避周期的边界。设备产生一个在0到（2BE-1）间的随机

6、数，然后等待，直到该随机数被减至零，然后执行CCA（Clear-ChannelAssessment，空闲信道评估）。物理层执行CCA，检测信道是否忙碌。如果信道忙，当BE的值等于或小于macMaxBE值时，算法将NB和BE的值加一。如果NB超过macMaxRABackoffs的值，则信道访问失败，该数据包将被丢弃。如果NB小于等于macMaxRABackoffs的值，该算法将重新定位退避周期的边界。然后，它会再次应用补偿延时过程。如果信道是空闲的，数据包发送，设备等待ACK（Acknowledgment，确认帧），接收到确认帧表示发

7、送成功。基于IEEE802.15.7的时隙CSMA/CA，考虑星型拓扑结构中的信标使能模式，对于不同的服务应用，文献[2]中利用退避次数、退避指数、CW（ContentionWindow，竞争窗口）和RT（Retransmission12Times，重传次数）这四个参数提出了一种在VPAN中提供优先级的机制。在VPAN中支持优先级的规则是，具有较高优先级的数据包发送数据成功的比例较高，延时更小。将四个变量分别定义了不同的优先级。基于离散马尔克夫链模型，分析该机制在非饱和环境下的性能并探讨该机制对延时和可靠性的影响。结果表明，优先级越

8、高的数据包，传输的可靠性越高，延时越小。3GTS分配IEEE802.15.7标准中的MAC协议支持带信标使能和无信标使能两种模式。无信标使能的情况采用无时隙的随机接入机制。信标使能的情况，协调器以超帧的结构产生周期性的信标帧。为了支持